分岔理论在电力系统电压稳定中的应用

分岔理论是非线性动力学的一个重要分支。此文首先介绍了分岔的概念,评述了分岔理论在静态电压稳定和动态电压稳定中的应用,重点介绍了鞍结分岔点和Hopf分岔点的求取,指出了各种算法的优缺点。文章最后提出了对分岔理论在电压稳定型问题研究的展望。     

一种静态电压稳定临界点的识别和计算方法

提出了一种用连续潮流技术识别和计算电压崩溃临界点的方法。电力系统静态电压稳定分析中，常见有鞍结型分岔点和约束诱导型分岔点。基于连续潮流的间接方法没有确定初值的困难，适合于负荷参数耦合的情形,易于识别约束型分岔点，从而适合于大型实际系统静态稳定临界点的计算。通过对中国一个实际地区系统的数值分析，表明文中所提方法是有效的。     

典型电力系统模型的双参数分岔分析

针对一个典型的电力系统模型，综合考虑了负荷节点的有功和无功负荷对电压稳定的影响，对模型进行了双参数分岔分析，求得了参数空间中的鞍节点分岔（SNB）曲线和霍普夫分岔（HB）曲线。结果表明，在有功负荷水平较低时，系统在达到SNB点之前会首先遇到HB点，因此系统会出现振荡失稳；随有功负荷的增加，HB曲线将达到极限点；如果有功负荷继续增加，则HB点将会消失，电压崩溃将发生在SNB点处。并且通过计算Lyapunov指数得到了系统在负荷P-Q平面上的稳定性。SNB曲线是系统轨迹稳定与发散区域的主要分界；在HB曲线所包含的区域内部，存在着复杂的特性，其中包含周期轨区域、混沌区域和轨迹发散等区域。因此，电压稳定分析应该充分考虑负荷模型的影响，而单纯考虑潮流方程解的存在性是不全面的；HB作为失稳的一种方式，其产生的物理机理和控制方法值得进一步研究。     

狭窄水域中单点系泊/拖带船舶动力学行为的试验研究

对单点系泊／拖带船舶在狭窄水域中的动力学特性进行了试验研究。找到了船模的四种稳定运动模式；探讨了不同来流速度和系缆长度对于船只的动力学响应和系缆力的影响。试验表明，船模运动呈现出典型的非线性特征，观察到了吸引子的共存、跳跃和Hopf分岔现象，系缆张力的大小与船舶的动力学行为密切相关，振转运动(鱼尾状摆动)发生时的系泊力远大于船只静止时的缆绳张力；振转运动中的突发系缆载荷可能是导致缆绳断裂的重要原因。与宽广水域相比，狭窄水域中的系泊／拖带船只更宜发生振转运动。     

考虑励磁顶值与PSS的混沌和分岔现象

电力系统中的混沌对传统的稳定分析和安全控制而言，是一个巨大的挑战。文中研究了发电机励磁顶值和PSS回路对电力系统的振荡失稳和混沌现象的影响。研究表明，当计及励磁顶值极限时，或在PSS参数配置合理情况下，可能导致系统Hopf分岔(HB)现象不出现或HB点与鞍--节分岔(SNB)点十分接近。由于在小扰动稳定框架下，HB出现是混沌产生的前提，HB不能出现时，混沌现象也将消失。合理配置PSS参数，可为系统提供正阻尼，从而能够显著抑制HB及混沌现象的产生。文中的研究也是作为找到有效抑制电力系统振荡失稳和混沌现象措施的一种有益尝试。     

基于Hopf分岔的变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统稳定性研究

运用Hopf分岔理论对变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统的稳定性进行研究。首先建立水轮机调节系统非线性数学模型,其中改进的引水系统动力方程可更准确描述变顶高尾水洞明满流分界面运动特性,据此模型进行非线性动力系统Hopf分岔的存在性、分岔方向等的分析,推导得到系统发生Hopf分岔的代数判据;然后利用代数判据绘制了系统的稳定域,并分析了系统在不同状态参数下的稳定特性;最后利用稳定域分析了变顶高尾水洞在机组负荷调整下的稳定性工作原理。结果表明:变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统的Hopf分岔是超临界的;明满流引起的水流惯性变化在机组减负荷时对系统的稳定性有利、增负荷时对系统的稳定性不利,明流段水位波动的作用对于系统的稳定性在增、减负荷下都是有利的。     

汽轮发电机组轴系扭振分岔分析及稳定域估计

根据汽轮发电机组轴系的简化模型，对该系统的平衡位置局部稳定性和分岔进行了定性分析，指出对一切正的参数，在参数空间不存在Hopf分岔。对稳定平衡点，还用Lyapunov 函数对稳定域进行了估计。最后，用仿真算例说明了所得结论的有效性及所得稳定域的精确性。     

小扰动稳定域微分拓扑学性质初探:(二)小扰动稳定域内部空洞出现机理分析

对所发现的小扰动稳定域内部存在空洞现象进行了机理分析，力图找到这一现象出现的原因。对分岔问题进行深入分析后，发现算例系统小扰动稳定域内部空洞现象的产生是由该系统的Hopf分岔退化现象导致的，而空洞区域的破裂和最后消失则与该系统不同Hopf分岔曲线的相交有关。该研究思路和研究方法，希望能对进一步探求真实电力系统小扰动稳定域的微分拓扑学性质起到一定的启示作用。     

基于连续潮流的极限诱导分岔检测方法

对极限诱导分岔产生的原因进行了分析，提出一种基于连续潮流的极限诱导分岔检测方法。该方法首先采用灵敏度法预估即将起作用的不等式约束条件;然后将此不等式约束转为等式约束，并将其作为连续变量引入潮流方程，精确地求解出结构变换点处的状态值;最后，利用所提出的 3个判断准则对结构变化点进行检测，从而判断极限诱导分岔点的存在。在IEEE 118节点系统上验证了该算法的正确性和有效性。     

基于伴随系统理论的静态电压稳定鞍结分岔点计算

静态电压稳定鞍结分岔点计算对于电压稳定分析具有重要意义。文中提出了基于伴随系统理论的鞍结分岔点的计算方法。伴随潮流方程存在新增的解曲线,该曲线在分岔点附近具有线性关系,且新增解的Lyapunov函数不为0。选择合适的Lyapunov函数值,利用伴随潮流扩展方程可求解分岔点附近的新增解,通过线性插值便得到新增解曲线的近似,结合Moore-Spence系统获得鞍结分岔点。最后通过多个算例验证了该方法的准确性和有效性。     

深水FPSO时域耦合动力分析

采用基于三维频域Green函数及傅里叶变换的间接时域法计算了浮体的水动力特性,并采用非线性有限元法对系缆进行了模拟。通过完全时域耦合分析方法求解系泊浮体的时域控制方程,得到了系泊浮体的运动响应和系缆的张力变化。针对一深水单点张紧式系泊的FPSO进行了理论计算,并将计算得到的浮体运动时历、系泊缆索上端点张力时历及相应统计结果与模型试验结果进行了对比,发现理论计算结果与模型试验结果吻合良好。该数值模型可用于深水浮体与系泊系统的耦合计算,计算结果可为进一步探讨深海系缆材料的非线性和疲劳断裂问题提供可靠的理论依据。     

FPSO串靠外输系统动力分析

FPSO串靠外输方式因其对环境的适应性好,安全性较高,是FPSO原油外输的主要方式。该文考虑了风、流和系泊缆索的耦合动力,建立了FPSO串靠多浮体系泊系统的时域耦合运动模型,其中浮体时域水动力系数由频域的结果通过快速傅立叶变换转换得到。数值求解时,浮体时域运动方程采用Newmark-β法,系泊缆索采用时域非线性有限元方法。基于自主开发的Fortran计算程序对南海海域一艘张紧式系泊FPSO与其配套的躺底式系泊穿梭油轮及两船间系泊大缆组成的串靠输油系统进行了理论计算,得到了FPSO及穿梭油轮的纵荡运动响应,系泊缆索上端点张力,系泊大缆张力等时间历程。通过谱分析讨论了低频波浪力和波频波浪力对FPSO串靠系泊系统的作用。同时探究了风向和流向对FPSO串靠系统的影响。该串靠多浮体系泊系统耦合动力模型能合理解释物理现象,可用于分析实际作业的串靠外输系泊系统。     

NUMERICAL INVESTIGATION OF SEABED INTERACTION IN TIME DOMAIN ANALYSIS OF MOORING CABLES

1. INTRODUCTION Seabed interaction of mooring cables influences the dynamic behavior of the mooring system (see Fig.1). As moored structures are widely used in the offshore oil and gas industry, there is a continuing need to improve the designs of such st…     

波浪周期对系泊船舶运动影响试验研究

系泊船舶泊稳是港口设计和营运过程中的重要问题,系泊船舶泊稳标准从实质上讲就是限制系泊船舶的运动量。较长周期波浪作用下的系泊船舶泊稳问题愈来愈受到各方的关注,选取了一艘10万吨级散货船进行横向不规则波作用下的系泊模型试验,在同一波高下变化入射波浪周期,通过系列试验,分析波浪周期对系泊船舶横移、横摇和升沉运动的影响。研究结果表明,系泊船舶横移运动量总体上均随着波浪周期的增大而增大,横移运动对波浪周期的响应敏感程度是变化的;系泊船舶横摇和升沉运动量均随着波浪谱峰周期的增大先增大然后减小,当波谱谱峰周期与相应的船舶固有周期接近时,横摇和升沉运动量均出现了一次峰值。     

浮箱系泊系统锚索静力特性分析

锚索的静力特性对浮箱系泊系统安全性及稳定性起着至关重要的作用。因此,有必要对浮箱系泊系统的静力特性进行深入研究,进一步为系泊系统设计计算提供参考。基于弹性悬链线理论及多点系泊系统静力计算方法,结合大型水动力学软件AQWA,选取一典型的矩形浮箱式结构系泊系统为数值仿真算例,并根据浮箱基本参数及相关技术要求,分别建立张紧式和悬链式系泊系统静力分析模型。详细研究了系泊缆索张开角度、系泊半径、缆索材料、张紧程度等关键敏感性参数对系泊系统缆索张力及位移静力特性的影响作用。研究结果表明:在讨论范围内,增大系泊半径、使用合成纤维索、适当增加预张力,可以加强对浮体运动的约束,进一步提高系泊系统的稳定性,增强系泊系统适应环境的能力。     

波浪群性作用下系泊船运动响应和统计特征值分析

码头前系泊船的运动响应与缆绳张力对于码头的运营安全至关重要。波群对系泊浮体波浪载荷特性不同于普通的随机波浪,具有一定的特殊性。该文对两种模拟波群方法进行了讨论,分析了两种模拟波群方法的特点以及群性与波浪统计特征值之间的关系。在此基础上开展了群性波浪作用下系泊船的运动响应研究,得出了谱峰因子?、群高参数GFH和群长参数GLF与波浪特征波高的变化规律。     

锚碇碟形网箱群的水动力分析

深海网箱养殖是未来开发海洋牧场和满足人类日益膨胀的物资需求的有效手段。碟形网箱因其结构稳定、抗风能力强和养殖空间较大等优点而具有良好的前景。参考某碟形网箱具体参数并应用OrcaFlex水动力分析软件建立碟形网箱群的水动力分析模型,结合南海极限海况,基于凝集质量法和Morison公式等理论基础对该碟形网箱群在不同浪向和流向组合下的系缆系泊张力以及网箱浮框倾角进行了时域耦合分析并提出了若干工程建议,对网箱的安全建设具有一定的指导意义。     

滑坡涌浪作用下系泊船舶安全试验研究

随着我国逐步加快在长江中上游山区河流的水利水电和港口航道工程建设,内河库港在滑坡涌浪作用下,如何保证船舶系泊安全成为一个极其关键的问题。为了提高滑坡涌浪对内河库港运行安全影响程度的认识,以江南沱口直立式高桩码头为依托,选择内河3 000 t甲板驳船为研究对象进行物理模型试验。深入分析了滑坡涌浪作用下系泊船舶系缆力和撞击能的影响因素,以及波高、水深等因素影响下系泊船舶系缆力和撞击能的变化规律。结合规范和试验数据,得出了涌浪作用下船舶系缆力和船舶撞击能的经验计算式,确定了滑坡涌浪对内河库港船舶系泊安全的影响程度,并提出了相应的对策和意见。